■ 陳俊波

0 引言

隨著高速鐵路的快速發(fā)展，新建高速鐵路不可避免的要跨越既有高速鐵路或普速鐵路。傳統(tǒng)的跨越方案是在既有鐵路上方搭設(shè)防護棚架采用懸臂掛籃施工或懸臂掛籃兜底施工。傳統(tǒng)方案不但對既有線運營安全影響較大，施工風(fēng)險高，而且要求梁底凈空較高，導(dǎo)致線路坡度增大，工程費用增加。為減少對運營線安全的影響及節(jié)約投資，鋼殼合龍施工技術(shù)作為一項在跨越既有鐵路施工的安全、高效的新技術(shù)、新工藝被逐步應(yīng)用[1]。

鄭萬鐵路是國家重點項目，全長350．825 km?？缭郊扔需F路共9處，其中采用鋼殼合龍技術(shù)跨越既有鐵路的2處，分別為跨越孟寶鐵路、寧西鐵路。孟寶鐵路為國家Ⅰ級干線，由中國鐵路武漢局集團有限公司管轄。鄭萬鐵路河南段北汝河特大橋在DK157+194處，采用（60+100+60）m支架現(xiàn)澆+承臺轉(zhuǎn)體預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁跨越孟寶鐵路，主跨與孟寶鐵路（K93+385）呈129°夾角，轉(zhuǎn)體施工時采用逆時針轉(zhuǎn)動，中跨合龍段采用鋼殼合龍技術(shù)施工，連續(xù)梁100 m主跨合龍后梁底距離既有線上、下行軌面高度均為9．9 m。以鄭萬鐵路跨孟寶鐵路為依托，對鋼殼合龍技術(shù)的應(yīng)用進行分析和總結(jié)。

1 鋼殼合龍方案設(shè)計

1.1 方案設(shè)計

設(shè)計單位在施工圖設(shè)計時采用的是懸臂澆筑連續(xù)梁方案，為減少對既有線運營的干擾，控制投資，進一步降低線路縱斷面，施工圖審查時在滿足孟寶鐵路限界并預(yù)留0．8 m施工空間的條件下，最終確定采用鋼殼作為合龍段外模板施工方案跨越孟寶鐵路。

鋼殼作為連續(xù)梁合龍段外模板，主要由預(yù)埋段鋼殼、嵌補段鋼殼、吊掛系統(tǒng)3個部分組成。具體設(shè)計方案為：連續(xù)梁懸臂端（兩側(cè)）端頭澆筑混凝土?xí)r預(yù)埋一部分鋼殼段，預(yù)留部分合龍口，再將嵌補段與預(yù)埋段焊接，封閉合龍口。同時鋼殼內(nèi)設(shè)置環(huán)形加勁肋及縱向加勁肋增強其剛度，整個鋼殼與混凝土澆筑成一個整體（見圖1）。

1.2 預(yù)埋段鋼殼、嵌補段鋼殼

預(yù)埋段鋼殼、嵌補段鋼殼采用14 mm厚鋼板組焊而成，鋼殼的外形尺寸同梁體外輪廓尺寸一致，緊貼梁體設(shè)置于梁體外輪廓之外。不同跨度連續(xù)梁預(yù)埋段鋼殼沿線路中心長度不同，跨孟寶鐵路為170 cm，設(shè)計為130～210 cm楔口狀，鋼殼沿線路中心嵌入連續(xù)梁兩端頭現(xiàn)澆段末端90 cm，外伸80 cm，兩端頭現(xiàn)澆施工時預(yù)埋于現(xiàn)澆段末端，并設(shè)置錨筋同兩端頭現(xiàn)澆段錨固。嵌補段鋼殼長60 cm，同兩側(cè)預(yù)埋段鋼殼各搭接10 cm。

圖1 鋼殼合龍方案設(shè)計

1.3 吊掛系統(tǒng)

吊掛系統(tǒng)由精軋螺紋鋼吊桿、連接螺母、錨固扁擔(dān)梁組成，連接螺母通過電弧焊焊接于預(yù)埋段鋼殼及嵌補段鋼殼之上，螺母與吊桿通過螺栓連接，吊桿上部錨固于扁擔(dān)梁上。

1.4 鋼殼采用材料

采用Q345qNHD耐候鋼材，Q345qNHD耐候鋼材采用熱軋工藝。鋼殼角焊縫質(zhì)量等級II級，鋼殼對接焊縫為I級熔透焊，平整度為不大于2 mm。

2 施工方案

鋼殼合龍的總體施工流程為：鋼殼加工及涂裝—鋼殼預(yù)埋段安裝—連續(xù)梁轉(zhuǎn)體施工—鋼殼嵌補段安裝—合龍段混凝土澆筑。

2.1 鋼殼加工及涂裝

2.1.1 鋼殼加工及標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)合龍段的結(jié)構(gòu)尺寸加工鋼殼，為便于吊裝，鋼殼共分3部分加工，分別為底板、腹板和翼緣板。預(yù)埋段鋼殼按楔口長和設(shè)計尺寸加工，跨孟寶鐵路按130～210 cm加工，預(yù)埋100 cm，外露楔口長30～110 cm。鋼殼內(nèi)側(cè)焊接鋼板作為肋板以加強鋼殼整體剛度，加強肋板縱向按照間距60 cm布置，每個鋼殼中間布置橫向共2道加強肋板。鋼殼焊接采用人工電弧焊，鋼殼鋼板之間的焊接均采用I級熔透焊，焊條采用506焊條，焊接應(yīng)對稱，同時焊接，焊縫采用坡口焊接，焊接時按焊接工藝要求操作。焊縫經(jīng)過超聲波探傷達(dá)到NB/T 47013—2015《承壓設(shè)備無損檢測》規(guī)定的II級標(biāo)準(zhǔn)[2]。

鋼殼各部件的外形尺寸及公差符合設(shè)計圖紙要求，2個鋼殼截面尺寸誤差應(yīng)不大于2 mm；鋼殼邊緣各點高程誤差應(yīng)不大于1 mm，不得有撓曲變形；2個鋼殼的中心軸線和標(biāo)高誤差應(yīng)不大于1 mm。

2.1.2 鋼殼涂裝及標(biāo)準(zhǔn)

為提高鋼殼的防腐能力，在安裝前應(yīng)進行涂裝。鋼殼涂裝前應(yīng)采用符合TB/T 5149和TB/T 5150標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的鋼丸、鋼砂，或應(yīng)使用無鹽分和無沾污的銅礦渣、石英砂等進行表面清理[3-4]。鋼殼表面清理應(yīng)達(dá)到GB/T 8923．1—2011規(guī)定的Sa3級，外觀相當(dāng)該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的A Sa3、B Sa3、C Sa3和D Sa3。電弧噴涂金屬涂裝前，鋼表面粗糙度Rz要求在50～100 μm。噴涂防護漆按TB 1527—2011《鐵路鋼橋涂裝保護及涂料供貨技術(shù)條件》中第6套鋼橋涂裝體系標(biāo)準(zhǔn)進行涂裝保護，涂裝外觀顏色采用鐵銹色（見表1）[5]。

2.2 鋼殼預(yù)埋段安裝

預(yù)埋鋼殼在轉(zhuǎn)體前進行施工，鋼殼按照設(shè)計預(yù)埋于最后一個現(xiàn)澆節(jié)段末端（兩側(cè)）。鋼殼沿線路中心嵌入連續(xù)梁兩端頭現(xiàn)澆段末端90 cm，外伸80 cm?？缑蠈氳F路采用汽車吊安裝預(yù)埋鋼殼，汽車吊站立在既有鐵路柵欄外側(cè)20 m外，確保施工過程不侵入鐵路線界。預(yù)埋段鋼殼安裝幾何尺寸偏差不大于2 mm，鋼殼邊沿各點的高程誤差不大于2 mm，且不得有撓曲變形（見圖2）。

2.3 鋼殼嵌補段安裝

轉(zhuǎn)體前將底板部分嵌補段鋼殼放置于合龍段位置處箱梁內(nèi)部，將腹板及翼緣板部分嵌補段鋼殼放置于合龍段位置處箱梁頂面。待轉(zhuǎn)體施工結(jié)束后，并在勁性骨架鎖定之前，合龍段鋼殼采用載質(zhì)量5 t叉車卡位放入，鋼殼掛在梁端混凝土上，待梁體標(biāo)高、平面位置調(diào)整完畢后，及時鎖定勁性骨架，將2個鋼殼之間預(yù)留60 cm縫隙，采用厚14 mm，寬120 cm（設(shè)計寬度）的鋼板焊接，形成一個封閉整體鋼殼。為安裝方便，嵌補段鋼殼底板、腹板、翼緣板分塊制作，嵌補段鋼殼按照先底板、再腹板、最后翼板的順序吊裝，鋼殼吊裝完成后焊接封閉，鋼殼環(huán)向封閉完成后，再焊接橫橋向焊縫，先將嵌補段鋼殼一端同預(yù)埋段鋼殼焊接，另一端待邊跨合龍完成后，選擇與合龍段混凝土澆筑溫度相同的時段進行焊接（見圖3）。整個安裝過程必須有經(jīng)過管轄鐵路局集團公司培訓(xùn)的專職安全人員全程監(jiān)控，專人指揮，保證設(shè)備不侵入既有線安全限界，保障行車安全。

表1 鋼殼外觀涂裝要求

圖2 鋼殼預(yù)埋段安裝情況

2.4 鋼殼加勁肋焊接

嵌補段鋼殼安裝完成后，需補充縱向加勁肋和連接板，保證鋼殼與混凝土的密貼。加勁肋和連接板順橋向設(shè)置，1 m范圍內(nèi)設(shè)置加勁肋4道，由5道連接板焊接連成（見圖4）。

2.5 鋼殼接地裝置安裝

轉(zhuǎn)體到位后鋼殼內(nèi)施工按營業(yè)線監(jiān)督施工辦理。因高空作業(yè)，鋼殼要設(shè)置接地裝置，接地裝置采用鋼殼與梁體接地端子連接，再由主墩連接到地面，接地裝置安裝完畢后需要進行測試，接地電阻不大于10 Ω。

圖3 鋼殼嵌補段安裝情況

圖4 鋼殼加勁肋焊接示意圖

2.6 鋼殼合龍段混凝土澆筑

澆筑跨中合龍段混凝土?xí)r，根據(jù)線形監(jiān)控數(shù)據(jù)需在兩懸臂端分別臨時壓相同質(zhì)量的混凝土塊進行配重，在澆筑合龍段時根據(jù)混凝土施工速度分次卸除配重混凝土塊。

為使兩懸臂端在施工時達(dá)到設(shè)計時的應(yīng)力及應(yīng)變狀態(tài)，并防止合龍段混凝土澆筑前后，混凝土從初凝至達(dá)設(shè)計強度90%期間，梁體受溫度反復(fù)變化和日照不均等因素影響，在結(jié)構(gòu)中引起變形和次內(nèi)力，應(yīng)設(shè)置固定邊跨懸臂端的內(nèi)外剛性支撐予以臨時固定。

2.7 合龍段鋼殼安裝注意事項

（1）檢查鋼殼各部件的外形尺寸及加工公差是否滿足設(shè)計要求；鋼殼截面尺寸誤差控制在2 mm以內(nèi)；鋼殼安裝時需準(zhǔn)確定位，由測量放出位置邊線，沿邊線準(zhǔn)確定位安裝。

（2）鋼殼在組焊成型時需準(zhǔn)確定位，焊縫位置需設(shè)置坡口，采用手工電弧焊焊接，焊接完畢后打磨焊縫余高；加勁肋在焊接過程中嚴(yán)格控制焊接質(zhì)量，過程中注意控制鋼殼面板變形；鋼殼各部件的焊接工藝需滿足要求，嚴(yán)格控制焊接過程中的“熱效應(yīng)”變形，焊縫應(yīng)光滑平整，無咬邊、氣孔、夾渣等缺陷；焊縫質(zhì)量等級要求II級，鋼殼對接焊縫要求I級熔透焊。

（3）縱向預(yù)應(yīng)力鋼束正常通過，在橫隔板相應(yīng)位置預(yù)留鋼束穿過孔和縱向鋼筋孔位。

（4）嵌補鋼殼在安裝過程中由于在既有線鐵路正上方，需做防護措施。

3 應(yīng)用效果

3.1 對既有線行車干擾少、影響范圍小、縮短施工工期、安全可靠

相對于跨越既有線施工的傳統(tǒng)施工方法，搭設(shè)防護棚架施工方法在搭設(shè)、拆除棚架時需要點施工，施工周期長，對運營線影響干擾大，特別是在拆除防護棚架時，存在很多不安全因素；掛籃兜底施工方法在拆除兜底或退出掛籃時均需要點施工，對運營線影響干擾大。而采用鋼殼合龍技術(shù)施工時，鋼殼作為合龍段外模板，在連續(xù)梁混凝土懸臂端預(yù)埋一部分鋼殼段，預(yù)留一部分合龍口，再用嵌補段與預(yù)埋段焊接，封閉合龍口，同時鋼殼內(nèi)設(shè)置環(huán)形加勁肋及縱向加勁肋增強其剛度，而且整個合龍段鋼殼與混凝土澆筑成整體，鋼殼無需拆除，運營后也不會脫落，其牢固性非?？煽俊Ｒ虼?，在跨越既有線施工時采用鋼殼合龍技術(shù)可以最大限度減少對既有線運營的影響，而且安全可靠、操作簡單、施工速度快，避免了多次要點，降低了施工難度和施工安全風(fēng)險。

3.2 總體工程造價低、施工工程費用少、效益好

鋼殼合龍技術(shù)施工可以大幅減少梁底到既有線規(guī)定的空間。采用掛籃兜底施工時至少要為鐵路限界預(yù)留2．463 m施工空間（梁底距兜棚內(nèi)底1．8 m+3 mm，鋼板+10 cm，工字鋼縱梁+20 cm，工字鋼橫梁+16 cm，墊梁+20 cm，精軋螺紋鋼外露）；采用鋼殼合龍只為鐵路限界預(yù)留0．800 m施工空間；鋼殼合龍至少可降低控制點高度1．663 m。因此，線路坡度可以大幅度減低，墩身高度等均可縮短，可以降低工程造價。由于不再搭設(shè)防護棚架，也減少了臨時工程數(shù)量，節(jié)約了施工成本。

鋼殼合龍技術(shù)與防護棚架施工、掛籃兜底施工對比見表2。

3.3 減少后期維修工作量

鋼殼材料采用Q345qNHD耐候鋼材，耐候鋼屬于世界超級鋼技術(shù)前沿水平的系列鋼種之一，具有耐銹、抗腐蝕性強、延長構(gòu)件的使用壽命等特性，其耐候性為普通碳鋼的2～8倍，涂裝性為普通碳鋼的1．5～10．0倍。項目使用的Q345qNHD耐候鋼材要求采用熱軋工藝生產(chǎn)，并采用鐵路鋼橋第6套涂裝體系，其耐銹、耐腐蝕效果更好，增強了結(jié)構(gòu)的耐久性，同時大大減少了后期維修工作量。

3.4 合龍段混凝土施工質(zhì)量有保障

鋼殼作為合龍段混凝土外模板在施工完后不用拆除，合龍段混凝土施工完后混凝土密實性及外觀質(zhì)量等無法通過常規(guī)方法進行檢查。為確保合龍段混凝土質(zhì)量，在跨孟寶鐵路合龍段混凝土施工過程中，應(yīng)用信息化手段對混凝土密實性及外觀質(zhì)量等進行控制，通過對每道工序上傳施工影像資料、監(jiān)理監(jiān)控影像資料等進行控制?？缑蠈氳F路合龍段混凝土施工完后，通過彈性波雷達(dá)掃描EWR檢查，混凝土密實性等指標(biāo)均符合要求。

表2 鋼殼合龍技術(shù)與防護棚架、掛籃兜底施工對比

3.5 成功解決電位差問題

由于上跨既有電氣化鐵路，梁底部位鋼殼距離接觸網(wǎng)距離較近，如不采取措施，將存在電位差的問題。為解決這一問題，在鋼殼安裝時通過加勁肋與梁體鋼筋焊接，再連接至接地端子，并進行電位差檢測，確保消除電位差后再澆筑合龍段混凝土，通過這一措施可消除電位差，確保結(jié)構(gòu)安全使用。

4 結(jié)束語

鋼殼合龍施工技術(shù)在跨越既有鐵路時，有著傳統(tǒng)施工工藝無法替代的優(yōu)勢，在施工過程中應(yīng)加強過程控制、質(zhì)量監(jiān)控、工序檢查，確?；炷凉嘧①|(zhì)量。鋼殼合龍技術(shù)在跨孟寶鐵路施工中的成功運用，保證了項目的穩(wěn)步推進，值得予以推廣。